冷却翼型件、导向静叶及用于制造其的方法技术

本发明专利技术涉及冷却翼型件、导向静叶及用于制造其的方法。具体而言，公开了一种冷却翼型件(61)，翼型件包括毂端(8)和末梢(9)，翼型件高度(h)限定在毂端(8)和末梢(9)之间。翼型件包括前缘(LE)、后缘(TE)、吸力侧(SS)和压力侧(PS)。翼型件(61)包括邻近毂端(8)并朝末梢(9)延伸的第一翼型件高度区段(H1)，且翼型件(61)包括邻近末梢(9)并朝毂端(8)延伸的第二翼型件高度区段(H2)。至少一个冷却通道(65，66，67)设置在翼型件(61)内并具有大体上沿翼型件高度(h)延伸的长度，其中冷却通道在第一冷却通道长度区段中直线延伸且在第二冷却通道长度区段中为弯曲的，其中设置在前缘(LE)侧上的冷却通道壁是凸形形状的且设置在后缘(TE)侧上的冷却通道壁是凹形形状的。此外，公开了一种用于铸造翼型件的方法。

【技术实现步骤摘要】

本公开内容涉及根据权利要求1所述的冷却翼型件。其还涉及一种包括前述类型的翼型件的导向静叶以及用于制造该翼型件和导向静叶的方法。
技术介绍
在现代燃气涡轮发动机中，为了进一步提高效率，使翼型件的轮廓与发动机内的实际流对准的需求一直增加。因此一种需求是使翼型件的几何形状适于与扩散倾角(hade angle)相关的轴向扩散流。从蒸汽涡轮技术中获知提供带有3-维弯曲的和进一步扭曲的几何形状的翼型件。文献US 2012/0076646公开了一种蒸汽涡轮导向静叶，其在轴向视图以及经向视图中中为弯曲的。经向视图中的弯曲集中在静叶末梢处，即，径向外侧部分，并以S形的方式在轴向视图中弯曲。然而，在努力调整所述空气动力学教导到燃气涡轮发动机的热气通路中的静叶时，关于提供沿着翼型件的长度和内部行进的内部冷却通道的需求出现了一些问题，即，延伸翼型件的毂端和末梢之间的长度。需要提供遵循前缘和后缘的几何形状的冷却通道。还需要提供从结构完整角度看来尽可能小的壁厚。壁的厚度(尤其是前缘和后缘处的壁厚)越小，在所述冷却通道中提供的冷却剂使用的效率越高。然而，这需要与小的壁厚相关的较高的制造精度。在翼型件内制造所述冷却通道因此涉及一定的挑战。当制造带有内部冷却通道的翼型件时，通常仅可通过铸造过程获得带有小的制造公差的小壁厚。设置为产生外部翼型件几何形状的模具和设置为产生内部冷却通道的型芯之间不同的热膨胀在所述不同的热膨胀在越过型芯(即，越过将要制造的冷却通道)的方向上生效的情况下导致相当大的壁厚公差。
技术实现思路
本专利技术的一个目的在于提供一种用于燃气涡轮的冷却翼型件和导向静叶，其具有允许改善的空气动力学特性和冷却流体的高效使用两者的几何形状。本专利技术的进一步的目的在于提供一种冷却翼型件和导向静叶，其可设有具有一定壁厚的限定冷却通道和形成翼型件的外部本体的壁，在考虑结构完整性和所需的刚度的情况下，所述壁厚尽可能小。本专利技术的更进一步的目的在于提供一种冷却翼型件和导向静叶，其可制造得具有内部冷却通道的位置和尺寸的紧密公差。在进一步的方面，需要一种用于制造具有所需的小公差的如描述的翼型件和导向静叶的方法，尤其是通过铸造。这将通过权利要求1中描述的主题以及另外通过独立方法权利要求中描述的主题来实现。无论是否详细提及，公开的主题的进一步的效果和优点将由于下文提供的公开内容变得显而易见。公开了一种冷却翼型件，该翼型件包括毂端和末梢，翼型件高度限定在毂端和末梢之间。应当理解的是，涡轮翼型件意在用于发动机中的特定用途，其中翼型件的一端适于且专用于涡轮工作流体流通道的径向内端，或者，换句话说，面向转子或者毂，且因此形成翼型件的毂端，而另一端适于且专用于放置在工作流体流通道的径向外侧，即，在涡轮定子或壳体处，因此形成翼型件的末梢。对于本领域技术人员而言，毂端和末梢因此为清楚和无疑义的用语。翼型件还包括前缘、后缘、吸力侧和压力侧。应当理解的是，翼型件的压力侧由在前缘和后缘之间延伸的大致凹形的表面提供，而吸力侧由在前缘和后缘之间延伸的大致凸形的表面提供。翼型件包括邻近于毂端并朝着末梢延伸的第一翼型件高度区段，其中，在经向视图中，前缘和后缘至少沿着第一翼型件高度区段为直的，且翼型件包括邻近末梢并朝着毂端延伸的第二翼型件高度区段，其中，在经向视图中，翼型件沿着第二翼型件高度区段在前缘处是凹形形状的且在后缘处是凸形形状的。前缘和后缘的所述直区段和弯曲区段可在本公开内容的另一个方面相应地限定在前缘和后缘的毂侧区段上，以及相应地限定在前缘和后缘的末梢侧区段上。再次，由于翼型件的预期使用且翼型件外部形状定形和专用于以无疑义的方式和定向放置在涡轮的热气通路中，用语经向视图提供了清楚的教导。至少一个冷却通道设置在翼型件内并具有大体上沿翼型件高度延伸的长度。应当理解的是，可以提供许多冷却通道，它们可以串联设置以提供一个共同的冷却剂流通路。例如，其中一个通道可以在纵向端朝翼型件的外部开放以便接收冷却剂，且预期设置为与燃气涡轮冷却剂供应流体连通，而所述通道的另一纵向端与另一个冷却通道流体连通。冷却通道可在它们朝翼型件外表面开放的侧壁中设有开口。因此，冷却剂可从由此形成的冷却剂流通路排放和/或薄膜冷却空气可提供给翼型件。特别而言，在冷却剂流的方向上，最后的冷却剂通道可布置在后缘处并设有壁开口以便排放冷却剂且因此给后缘提供额外的冷却。该至少一个冷却通道至少在第一冷却通道长度区段中直线延伸，且在第二冷却通道长度区段中为弯曲的，其中设置在前缘侧上的冷却通道壁在翼型件的经向视图中为凸形形状的，且设置在后缘侧上的冷却通道壁在翼型件的经向视图中为凹形形状的。特别而言，第一冷却通道长度区段可设置在第一翼型件高度区段中，且第二冷却通道长度区段可设置在第二翼型件高度区段中。即，冷却通道且在特定实施例中所有的冷却通道遵循前缘和后缘的大致形状。换句话说，一个冷却通道或多个冷却通道在翼型件的前缘和/或后缘为直的翼型件区段中为直的，且在翼型件的前缘和后缘为弯曲的区域中为弯曲的。在本文公开的主题的一个方面，直区段中的前缘和后缘并不需要直成不能够偏离微米范围内的精确直线。然而，前缘和/或后缘和/或冷却通道在相应的直区段中相比于弯曲区段中明显较不弯曲。在经向视图以及轴向视图中，如下面将详细描述的那样，直区段中或第一翼型件高度区段中的所述结构中的任一者的曲率半径例如可为弯曲区段或第二翼型件高度区段中的对应结构的曲率半径的至少5倍。由于其特定的几何形状，所述翼型件可特别好地使用一种方法来制造，该方法包括提供模具，所述模具设置为在铸造过程中产生翼型件的至少外表面形状，提供至少一个型芯，所述型芯设置为在铸造过程中产生翼型件中的至少一个内部冷却通道，其中模具和型芯中的每一个包括毂端和末梢端，翼型件的长度在毂端和末梢端之间延伸。应当理解的是，毂端和末梢端与待制造的翼型件的端部相关，其继而与翼型件适于和预期用于的特定用途相关。模具包括模腔，其限定为当铸造构件时在其中引入材料的空间。当从待制造的翼型件或静叶的经向视图中观察时，模腔和型芯中的每一个包括邻近相应的毂端提供的直区段和邻近相应的末梢端提供的弯曲区段。应当理解的是，模腔的直区段和弯曲区段被认为是模具在铸造过程中提供直的或弯曲的限界壁的区段。该方法还包括将型芯放置在模腔内，将型芯的弯曲区段放置在模腔的弯曲区段内，将型芯的直区段放置在模腔的直区段内；以及将型芯在型芯末梢处以固定支承关系附接到模具，且将型芯在型芯毂端处以浮动支承关系附接到模具，使得型芯毂端能够相对于模具在毂端处沿着型芯的直区段的纵向方向移位，并相对于模具在越过型芯的直区段的纵向方向的任何方向上固定。结果，型芯响应于关于模具的不同热膨胀(如可在铸造过程期间发生的那样)将相对于模具在其为弯曲的区域中发生仅最小限度的移位，且在直区段中沿着型芯的纵向方向移位。在直区段中沿着纵向方向移位并不会导致尺寸变化，而移位沿着其变得有效的杠杆部在型芯的曲形或弯曲区段中很小，继而由于型芯和模具的不同热膨胀大大地限制了翼型件壁的尺寸公差。在应用此方法时，其继而需要翼型件的几何形状结合上述装置来描述，有可能制造具有翼型件壁的紧密公差的翼型件，其继而使得能够制造具有遵循翼型件的几何形状的冷却通道的弯曲翼型件，其中壁厚与直本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种冷却翼型件(61)，所述翼型件包括毂端(8)和末梢(9)，翼型件高度(h)限定在所述毂端(8)和所述末梢(9)之间，所述翼型件包括前缘(LE)、后缘(TE)、吸力侧(SS)和压力侧(PS)，其中所述翼型件(61)包括邻近所述毂端(8)并朝所述末梢(9)延伸的第一翼型件高度区段(H1)，其中，在经向视图中，所述前缘(LE)和所述后缘(TE)沿着所述第一翼型件高度区段(H1)为直的，且所述翼型件(61)包括邻近所述末梢(9)并朝所述毂端(8)延伸的第二翼型件高度区段(H2)，其中，在经向视图中，所述翼型件沿着所述第二翼型件高度区段(H2)在所述前缘(LE)处是凹形形状的且在所述后缘(TE)处是凸形形状的，其特征在于，至少一个冷却通道(65，66，67)设置在所述翼型件(61)内并具有大体上沿所述翼型件高度延伸的长度，且其中所述冷却通道在第一冷却通道长度区段中直线延伸并在第二冷却通道长度区段中为弯曲的，其中设置在前缘侧上的冷却通道壁是凸形形状的且设置在后缘侧上的冷却通道壁是凹形形状的。

【技术特征摘要】
2015.04.14 EP 15163551.31.一种冷却翼型件(61)，所述翼型件包括毂端(8)和末梢(9)，翼型件高度(h)限定在所述毂端(8)和所述末梢(9)之间，所述翼型件包括前缘(LE)、后缘(TE)、吸力侧(SS)和压力侧(PS)，其中所述翼型件(61)包括邻近所述毂端(8)并朝所述末梢(9)延伸的第一翼型件高度区段(H1)，其中，在经向视图中，所述前缘(LE)和所述后缘(TE)沿着所述第一翼型件高度区段(H1)为直的，且所述翼型件(61)包括邻近所述末梢(9)并朝所述毂端(8)延伸的第二翼型件高度区段(H2)，其中，在经向视图中，所述翼型件沿着所述第二翼型件高度区段(H2)在所述前缘(LE)处是凹形形状的且在所述后缘(TE)处是凸形形状的，其特征在于，至少一个冷却通道(65，66，67)设置在所述翼型件(61)内并具有大体上沿所述翼型件高度延伸的长度，且其中所述冷却通道在第一冷却通道长度区段中直线延伸并在第二冷却通道长度区段中为弯曲的，其中设置在前缘侧上的冷却通道壁是凸形形状的且设置在后缘侧上的冷却通道壁是凹形形状的。2.根据权利要求1所述的翼型件，其特征在于，所述第一冷却通道长度区段设置在所述第一翼型件高度区段(H1)中，且所述第二冷却通道长度区段设置在所述第二翼型件高度区段(H2)中。3.根据前述权利要求中的任一项所述的翼型件，其特征在于，在轴向视图中，所述翼型件(61)在所述前缘(LE)处至少在所述第一翼型件高度区段(H1)中是直的。4.根据前述权利要求所述的翼型件，其特征在于，在轴向视图中，所述翼型件(61)在所述第二翼型件高度区段中在所述前缘(LE)处是弯曲的，且在所述第二翼型件高度区段(H2)中在所述吸力侧(SS)上在所述前缘处是特别地凹形弯曲的。5.根据前述权利要求中的任一项所述的翼型件，其特征在于，在轴向视图中，所述翼型件(61)在所述后缘(TE)处至少在所述第一翼型件高度区段(H1)中是直的。6.根据前述权利要求所述的翼型件，其特征在于，在轴向视图中，所述翼型件(61)在所述后缘(TE)处在所述第二翼型件高度区段(H2)中是弯曲的，且在所述第二翼型件高度区段(H2)中在所述后缘(TE)处在所述压力侧(PS)上是特别地凹形弯曲的。7.根据前述权利要求中的任一项所述的翼型件，其特征在于，所述翼型件包括邻近所述前缘(LE)的内部前缘冷却通道(65)，特征为所述前缘冷却通道(65)至少大致遵循所述前缘(LE)的形状。8.根据前述权利要求中的任一项所述的翼型件，其特征在于，翼型件包括邻近所述后缘(TE)的内部后缘冷却通道(67)，其中所述后缘冷却通道(67)至少大致遵循所述后缘(TE)的形状。9.根据前述权利要求中的任一项所述的翼型件，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：F·格斯巴奇，B·K·瓦德勒，I·布夫发特，
申请(专利权)人：安萨尔多能源瑞士股份公司，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH